İşte bilim adamlarının 1983'ten beri bildiği gizemli bir gerçek: Protonlar ve nötronlar bir atomun içindeyken, uzayda serbestçe yüzmeye karşı farklı davranıyorlar. Özellikle, kuark adı verilen protonları ve nötronları oluşturan atomaltı parçacıklar, bir atomdaki çekirdeğe hapsedildiklerinde büyük ölçüde yavaşlarlar.
Fizikçiler bunu gerçekten sevmediler, çünkü nötronlar atom içinde olsun ya da olmasın nötron. Ve protonlar protonlardır. Hem protonlar hem de nötronlar (birlikte "nükleonlar" olarak adlandırılan parçacıklar sınıfını oluştururlar), kuvvetli kuvvetle birbirine bağlanan kuark adı verilen üç küçük parçacıktan oluşur.
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden bir fizikçi olan çalışma yazarı Or Hen, "Kuarkları çekirdeğe koyduğunuzda, daha yavaş hareket etmeye başlıyorlar ve bu çok garip," dedi. Bu garip çünkü kuarklar arasındaki güçlü etkileşimlerin esas olarak hızlarını belirlerken, çekirdeği bağlayan (ve çekirdeğin içindeki kuarklara etki eden kuvvetlerin) çok zayıf olması gerekiyordu.
Ve bir çekirdekteki kuarkların davranışını bu kadar yoğun bir şekilde değiştirmesi gereken bilinen başka bir güç yoktur. Bununla birlikte, etki devam ediyor: Parçacık fizikçileri, onu keşfeden Avrupa Muon İşbirliği için adlandırılan EMC etkisi olarak adlandırıyor. Ve yakın zamana kadar, bilim adamları neye neden olduğundan emin değildi.
Çekirdekteki iki parçacık tipik olarak parçacıklardaki enerjinin bir ölçüsü olan yaklaşık 8 milyon elektron volt (8 MeV) kuvvetle bir araya getirilir. Bir proton veya nötrondaki kuarklar yaklaşık 1.000 MeV ile birbirine bağlanır. Bu nedenle, çekirdeğin nispeten hafif etkileşimlerinin kuarklar içindeki güçlü etkileşimleri dramatik bir şekilde etkilediği mantıklı değil, dedi Hen.
"1.000'in yanında sekiz nedir?" dedi.
Ancak EMC etkisi, dış kuvvetlerden gelen hafif bir dürtüye benzemiyor. Hen, bir çeşit çekirdekten diğerine değişmesine rağmen, "Bu yüzde yarım gibi değil. Bunu aramak için bir deney tasarlayacak kadar yaratıcı olduğunuzda, etki verilerden çıkar" dedi Hen.
İlgili çekirdeğe bağlı olarak, nükleonların (hızlarının bir fonksiyonu olan) görünen boyutu yüzde 10 ila 20 arasında değişebilir. Altın bir çekirdekte, örneğin, protonlar ve nötronlar, serbestçe yüzdüklerinde olduğundan yüzde 20 daha küçüktür.
Kuramcılar burada neler olduğunu açıklamak için birçok farklı model buldular, dedi Hen.
"Bir arkadaşım EMC'nin 'Herkesin Modeli Havalı' anlamına geldiğinden şaka yaptı, çünkü her model bunu açıklayabiliyor gibi görünüyordu." Dedi.
Fakat zamanla, fizikçiler bu farklı modelleri test ederek daha fazla deney yaptılar ve birbiri ardına düştüler.
"Kimse tüm verileri açıklayamadı ve biz de büyük bir bulmaca kalmıştık. Şimdi çok fazla verimiz var, kuarkların her türlü farklı çekirdeğin içinde nasıl hareket ettiğine dair ölçümler ve neler olduğunu açıklayamadık "dedi.
Tüm bulmacayı bir kerede açıklamaya çalışmak yerine, Hen ve meslektaşları özel bir nötron ve proton etkileşimi örneğine bakmaya karar verdiler.
Çoğu durumda, bir çekirdekteki protonlar ve nötronlar birbirleriyle örtüşmez, bunun yerine birbirlerinin sınırlarına saygı duyarlar - gerçekten sadece bağlı kuark sistemleri olsalar da. Ancak bazen, nükleonlar mevcut çekirdek içinde birbirine bağlanır ve kısaca, fiziksel olarak birbirleriyle örtüşmeye başlar ve bilim adamlarının “ilişkili çiftler” dediği şey haline gelir. Herhangi bir anda, bir çekirdekteki nükleonların yaklaşık yüzde 20'si bu şekilde çakışır.
Bu olduğunda, kuarklar arasında muazzam miktarda enerji akar, bağlı yapılarını ve davranışlarını temelden değiştirir - güçlü kuvvetin neden olduğu bir olgu. Araştırmacılar, Nature dergisinde 20 Şubat'ta yayınlanan bir makalede, bu enerji akışının EMC etkisini tam olarak açıkladığını savundu.
Ekip elektronlarla birçok farklı çekirdeği bombaladı ve bu nükleon çiftleri ile EMC etkisi arasında doğrudan bir ilişki buldu.
Verilerinin güçlü bir şekilde önerdiğini söyleyen Hen, çoğu nükleondaki kuarkların çekirdeğe girdiklerinde hiç değişmediğini söyledi. Ancak nükleon çiftlerine karışan az sayıda kişi davranışlarını o kadar dramatik bir şekilde değiştirir ki, herhangi bir deneyde ortalama sonuçları çarpıtırlar. Bu kadar küçük bir alana yerleştirilmiş birçok kuark, bazı dramatik kuvvet etkilerine neden olur. EMC etkisi, tüm protonların ve nötronların davranışındaki bir değişiklikten ziyade, azınlık bir anomali sonucudur.
Verilerden, ekip EMC etkisinin bir çekirdekten diğerine nasıl davrandığını doğru bir şekilde tanımlayan bir matematiksel fonksiyon türetmiştir.
George Washington Üniversitesi fizikçisi Nature Feldman, aynı Doğayla ilgili bir News & Views makalesi yazan ancak araştırmaya dahil olmayan “Bir tahmin yaptılar ve tahminleri aşağı yukarı doğrulandı” dedi.
Bu eşleştirme etkisinin EMC gizeminin gerçek cevabı olduğuna dair güçlü kanıt, Feldman Live Science'a verdiği demeçte.
35 yıl sonra, parçacık fizikçileri bu sorunu çok iyi olmayan çözümlerle çözmüş görünüyorlar. Hen, meslektaşlarının ve meslektaşlarının konuyu daha derinlemesine araştırmayı ve atomlardaki eşleştirilmiş nükleonların davranışları hakkında bilinmeyen yeni gerçekleri ortaya koymayı planladığını söyledi.
